Программирование микроконтроллеров arduino uno

Arduino для начинающих. Часть 1

Доброго времени суток, Хабр. Запускаю цикл статей, которые помогут Вам в знакомстве с Arduino. Но это не значит, что, если Вы не новичок в этом деле – Вы не найдёте ничего для себя интересного.

Введение

Было бы не плохо начать со знакомства с Arduino. Arduino – аппаратно-программные средства для построения систем автоматики и робототехники. Главным достоинством есть то, что платформа ориентирована на непрофессиональных пользователей. То есть любой может создать своего робота вне зависимости от знаний программирования и собственных навыков.

Начало

Создание проекта на Arduino состоит из 3 главных этапов: написание кода, прототипирование (макетирование) и прошивка. Для того, чтоб написать код а потом прошить плату нам необходима среда разработки. На самом деле их есть немало, но мы будем программировать в оригинальной среде – Arduino IDE. Сам код будем писать на С++, адаптированным под Arduino. Скачать можно на официальном сайте. Скетч (набросок) – программа, написанная на Arduino. Давайте посмотрим на структуру кода:

Важно заметить, что обязательную в С++ функцию main() процессор Arduino создаёт сам. И результатом того, что видит программист есть:

Давайте разберёмся с двумя обязательными функциями. Функция setup() вызывается только один раз при старте микроконтроллера. Именно она выставляет все базовые настройки. Функция loop() — циклическая. Она вызывается в бесконечном цикле на протяжении всего времени работы микроконтроллера.

Первая программа

Для того, чтоб лучше понять принцип работы платформы, давайте напишем первую программу. Эту простейшую программу (Blink) мы выполним в двух вариантах. Разница между ними только в сборке.

int Led = 13; // объявляем переменную Led на 13 пин (выход) void setup() < pinMode(Led, OUTPUT); // определяем переменную >void loop()< digitalWrite(Led, HIGH); // подаём напряжение на 13 пин delay(1000); // ожидаем 1 секунду digitalWrite(Led, LOW); // не подаём напряжение на 13 пин delay(1000); // ожидаем 1 секунду >

Принцип работы этой программы достаточно простой: светодиод загорается на 1 секунду и тухнет на 1 секунду. Для первого варианта нам не понадобиться собирать макет. Так как в платформе Arduino к 13 пину подключён встроенный светодиод.

Прошивка Arduino

Для того, чтоб залить скетч на Arduino нам необходимо сначала просто сохранить его. Далее, во избежание проблем при загрузке, необходимо проверить настройки программатора. Для этого на верхней панели выбираем вкладку «Инструменты». В разделе «Плата», выберете Вашу плату. Это может быть Arduino Uno, Arduino Nano, Arduino Mega, Arduino Leonardo или другие. Также в разделе «Порт» необходимо выбрать Ваш порт подключения (тот порт, к которому вы подключили Вашу платформу). После этих действий, можете загружать скетч. Для этого нажмите на стрелочку или во вкладке «Скетч» выберете «Загрузка» (также можно воспользоваться сочетанием клавиш “Ctrl + U”). Прошивка платы завершена успешно.

Прототипирование/макетирование

Для сборки макета нам необходимы следующие элементы: светодиод, резистор, проводки (перемычки), макетная плата(Breadboard). Для того, чтоб ничего не спалить, и для того, чтоб всё успешно работало, надо разобраться со светодиодом. У него есть две «лапки». Короткая – минус, длинная – плюс. На короткую мы будем подключать «землю» (GND) и резистор (для того, чтоб уменьшить силу тока, которая поступает на светодиод, чтоб не спалить его), а на длинную мы будем подавать питание (подключим к 13 пину). После подключения, загрузите на плату скетч, если вы ранее этого не сделали. Код остаётся тот же самый.

На этом у нас конец первой части. Спасибо за внимание.

Источник

Arduino Uno: распиновка, схема подключения и программирование

Arduino Uno — флагманская платформа для разработки на языке программирования С++.

Uno выполнена на микроконтроллере ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц. На плате предусмотрены 20 портов входа-выхода для подключения внешних устройств, например плат расширения или датчиков.

Видеообзор

Подключение и настройка

Шаг 1

Подключите плату к компьютеру по USB. Для коммуникации используйте кабель USB (A — B).

Шаг 2

Установите и настройте интегрированную среду разработки Arduino IDE.

Что-то пошло не так?

Пример работы

В качестве примера повторим первый эксперимент «Маячок» из набора Матрёшка. На плате уже есть встроенный пользовательский светодиод L , подключенный к 13 пину микроконтроллера.

void setup() { // Устанавливаем пин светодиода в режим выхода. // Используем определение LED_BUILTIN, // которое содержит в себе пин светодиода pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); } void loop() { // Включаем светодиод digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // Ждём пол секунды delay(500); // Выключаем светодиод digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // Ждём пол секунды delay(1000); }

После загрузки программы встроенный светодиод L начнёт мигать раз в секунду.

Это значит, всё получилось, и можно смело переходить к другим экспериментам на Ардуино.

Элементы платы

Микроконтроллер ATmega328P

Сердцем платформы Arduino Uno является 8-битный микроконтроллер фирмы Microchip — ATmega328P на архитектуре AVR с тактовой частотой 16 МГц. Контроллер обладает тремя видами памяти:

32 КБ Flash-памяти, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком, который позволяет прошивать Uno с обычного компьютера через USB. Flash-память постоянна и её предназначение — хранение программ и сопутствующих статичных ресурсов.

2 КБ RAM-памяти, которые предназначены для хранения временных данных, например переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. RAM-память энергозависимая, при выключении питания все данные сотрутся.

1 КБ энергонезависимой EEPROM-памяти для долговременного хранения данных, которые не стираются при выключении контроллера. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Uno.

Микроконтроллер ATmega16U2

Микроконтроллер ATmega328P не содержит USB интерфейса, поэтому для прошивки и коммуникации с ПК на плате присутствует дополнительный микроконтроллер ATmega16U2 с прошивкой USB-UART преобразователя. При подключении к ПК Arduino Uno определяется как виртуальный COM-порт.

Микроконтроллер ATmega328P общается с ПК через сопроцессор ATmega16U2 по интерфейсу UART используя сигналы RX и TX , которые параллельно выведены на контакты 0 и 1 платы Uno. Во время прошивки и отладки программы, не используйте эти пины в своём проекте.

Светодиодная индикация

Имя светодиода	Назначение
ON	Индикатор питания платформы.
L	Пользовательский светодиод на 13 пине микроконтроллера. Используйте определение LED_BUILTIN для работы со светодиодом. При задании значения высокого уровня светодиод включается, при низком – выключается.
RX и TX	Мигают при прошивке и обмене данными между Uno и компьютером. А также при использовании пинов 0 и 1 .

Порт USB Type-B

Разъём USB Type-B предназначен для прошивки и питания платформы Arduino. Для подключения к ПК понадобится кабель USB (A — B).

Разъём питания DC

Коннектор DC Barrel Jack для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 7 до 12 вольт.

Понижающий регулятор 5V

Понижающий линейный преобразователь NCP1117ST50T3G обеспечивает питание микроконтроллера и другой логики платы при подключении питания через разъём питания DC или пин Vin. Диапазон входного напряжения от 7 до 12 вольт. Выходное напряжение 5 В с максимальным выходным током 1 А.

Понижающий регулятор 3V3

Понижающий линейный преобразователь LP2985-33DBVR обеспечивает напряжение на пине 3V3 . Регулятор принимает входное напряжение от линии 5 вольт и выдаёт напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 150 мА.

Кнопка сброса

Кнопка предназначена для ручного сброса прошивки — аналог кнопки RESET обычного компьютера.

ICSP-разъём ATmega328P

ICSP-разъём выполняет две полезные функции:

Используется для передачи сигнальных пинов интерфейса SPI при подключении Arduino Shield’ов или других плат расширения. Линии ICSP-разъёма также продублированы на цифровых пинах SS/10 , MOSI/11 , MISO/12 и SCK/13 .

Предназначен для загрузки прошивки в микроконтроллер ATmega328P через внешний программатор. Одна из таких прошивок — Bootloader для Arduino Uno, который позволяет прошивать платформу по USB.

ICSP-разъём ATmega16U2

ICSP-разъём предназначен для программирования микроконтроллера ATmega16U2. А подробности распиновки читайте в соответствующем разделе.

Распиновка

Пины питания

VIN: Входной пин для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 7 до 12 вольт.

5V: Выходной пин от стабилизатора напряжения с выходом 5 вольт и максимальным током 1 А. Регулятор обеспечивает питание микроконтроллера и другой обвязки платы.

IOREF: Вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В нашем случае рабочее напряжение платформы 5 вольт.

AREF: Пин для подключения внешнего опорного напряжения АЦП относительно которого происходят аналоговые измерения при использовании функции analogReference() с параметром «EXTERNAL».

Порты ввода/вывода

Пины общего назначения: 20 пинов: 0 – 19
Логический уровень единицы — 5 В, нуля — 0 В. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.

АЦП: 6 пинов: 14 – 19 / A0 – A5
Позволяет представить аналоговое напряжение в виде цифровом виде. Разрядность АЦП не меняется и установлена в 10 бит. Диапазон входного напряжения от 0 до 5 В, при подаче большего напряжения микроконтроллер может выйти из строя.

ШИМ: 6 пинов: 3 , 5 , 6 и 9 – 11
Позволяет выводить аналоговое напряжение в виде ШИМ-сигнала из цифровых значений. Разрядность ШИМ не меняется и установлена в 8 бит.

Serial: пины TX1/1 и RX1/0 . Контакты также соединены с соответствующими выводами сопроцессора ATmega16U2 для общения платы по USB. Во время прошивки и отладки программы через ПК, не используйте эти пины в своём проекте.

Источник

UNO R3

The Arduino UNO is the best board to get started with electronics and coding. If this is your first experience tinkering with the platform, the UNO is the most robust board you can start playing with. The UNO is the most used and documented board of the whole Arduino family.

Arduino UNO is a microcontroller board based on the ATmega328P. It has 14 digital input/output pins (of which 6 can be used as PWM outputs), 6 analog inputs, a 16 MHz ceramic resonator, a USB connection, a power jack, an ICSP header and a reset button. It contains everything needed to support the microcontroller; simply connect it to a computer with a USB cable or power it with a AC-to-DC adapter or battery to get started. You can tinker with your UNO without worrying too much about doing something wrong, worst case scenario you can replace the chip for a few dollars and start over again.

The ATmega328P can easily be replaced, as it is not soldered to the board.

The ATmega328P also features 1kb of EEPROM, a memory which is not erased when powered off.

The Arduino UNO features a barrel plug connector, that works great with a standard 9V battery.

Here you will find the technical specifications for the Arduino UNO R3.

Board	Name	Arduino UNO R3
	SKU	A000066
Microcontroller	ATmega328P
USB connector	USB-B
Pins	Built-in LED Pin	13
	Digital I/O Pins	14
	Analog input pins	6
	PWM pins	6
Communication	UART	Yes
	I2C	Yes
	SPI	Yes
Power	I/O Voltage	5V
	Input voltage (nominal)	7-12V
	DC Current per I/O Pin	20 mA
	Power Supply Connector	Barrel Plug
Clock speed	Main Processor	ATmega328P 16 MHz
	USB-Serial Processor	ATmega16U2 16 MHz
Memory	ATmega328P	2KB SRAM, 32KB FLASH, 1KB EEPROM
Dimensions	Weight	25 g
	Width	53.4 mm
	Length	68.6 mm

Software & Cloud

The following software tools allow you to program your board both online and offline.

Hardware

The hardware listed below is compatible with this product.

Источник